14 Мар 2011, admin

Мы рассмотрели два различных способа лазерной обработки печатных плат для современных электронных приборов. Ну а если посмотреть на проблему совсем с другой стороны. Что такое вообще печатная плата и для чего она нужна? Это всего-навсего полимерная или керамическая подложка с контактными площадками для установки компонентов и проводящими соединительными дорожками. Плата устанавливается внутри корпуса прибора, во многих случаях такого же полимерного. Так не проще вообще отказаться от использования дополнительной печатной платы и смонтировать все компоненты непосредственно на внутренней поверхности корпуса? И прямо на поверхности сформировать соединительные проводники. Ведь умеем же мы формировать проводящие дорожки на плате, а сам корпус принципиально ничем от нее не отличается, разве только более сложной формой.

Эта мысль стала отправной точкой для дальнейшей миниатюризации оборудования и совмещения электрических и механических функций в одном изделии, изготовленном с использованием технологии, получившей название 3D-MID (3-Dimentional Mould Interconnect Devices). При использовании этой технологии сам корпус прибора становится своеобразной трехмерной печатной платой.

До недавнего времени для нанесения проводящих покрытий на поверхность полимерных материалов использовались различные методы, например ламинирование с использованием металлической фольги, напыление проводящего покрытия или электрохимическое осаждение меди. Причем именно последний способ наиболее подходил для формирования трехмерных проводящих покрытий. Но все равно технологический цикл формирования соединительных дорожек оставался сравнительно сложным. Ведь в большинстве случаев проводящее покрытие наносилось на всю поверхность изделия. Для этого поверхность необходимо было очистить от загрязнений, механически обработать для достижения необходимой шероховатости поверхности, активировать за счет нанесения специального катализатора и затем нанести проводящее покрытие химическим или электрохимическим методом. А после всего этого, как и при производстве обыкновенных печатных плат, следовало нанесение фоторезиста, экспонирование, проявление и, наконец, травление проводящего покрытия.

А если попытаться кардинально сократить весь производственный цикл. Необходимо только найти способ селективной активации поверхности полимерного материала. И тогда последующее осаждение проводящего покрытия будет осуществляться не на всю поверхность изделия, а только на активированные ее участки. Это позволяет напрямую сформировать необходимую структуру проводящих дорожек на поверхности подложки.

Многочисленные эксперименты подтвердили возможность осуществления селективной активации поверхности различных изоляторов. Один из таких методов и был использован компанией LPKF при разработке технологии, получившей название LPKF-LDS (Laser Direct Structuring) — прямое лазерное структурирование. Основой этого процесса стала разработка компанией LPKF специальных модифицированных полимерных материалов. Какими же свойствами должен обладать такой материал?
Это должен быть полимер, обладающий хорошими изолирующими свойствами, достаточной механической прочностью и пригодный для стандартного технологического цикла формовки полимерных изделий. Именно поэтому в качестве основы для последующей модификации используются стандартные материалы, широко используемые в электронной промышленности. На настоящий момент уже освоен промышленный выпуск модифицированных полимеров на основе полипропилена, полибутилен-терефталата и частично ароматизированного полиамида.
В результате лазерной обработки материала на его поверхности должна образоваться шероховатая структура, обеспечивающая после осаждения проводящего покрытия его прочное сцепление с полимерной основой. Для этого в состав материала вводится специальный наполнитель со значительно более высокой устойчивостью к лазерному излучению. При обработке такого композитного материала лазерным излучением определенной мощности происходит локальное разрушение материала основы, но частички наполнителя остаются целы, выступая над поверхностью полимера и обеспечивая необходимую шероховатость поверхности и хорошее сцепление с металлическим покрытием.
Пока остался открытым основной вопрос — необходимо каким-либо образом обеспечить возникновение центров металлизации на участках поверхности, обработанных лазерным лучом.
В результате многолетних исследований различных материалов выбор остановился на металлоорганических комплексах, содержащих палладий (Pd2+) или медь (Cu2+). В нормальном состоянии такие комплексные соединения обладают хорошими электроизолирующими свойствами и устойчивы к воздействию высоких температур. Хорошая совместимость металлоорганических комплексов с полимерной основой и материалом наполнителя позволяют вводить его в состав композитного материала непосредственно в процессе его производства. К заказчику полимерный композит поступает в уже полностью готовом виде.

Сам по себе металлоорганический комплекс не обладает каталитической активностью по отношению к процессу металлизации поверхности. Обработка материала ультрафиолетовым лазером вызывает не только разрушение поверхностного слоя полимерного материала. В результате мощного ультрафиолетового облучения происходит разрушение химических связей в комплексе и частички металла, образовавшиеся в результате распада соединения, служат в качестве затравки при последующей металлизации дорожек.

В результате использования технологии прямого лазерного структурирования весь цикл производства трехмерного изделия сократился всего до трех операций: формовки полимерного изделия, лазерного структурирования и металлизации проводящих дорожек:

Операция формовки осуществляется на стандартном технологическом оборудовании и отличается только использованием в качестве сырья одного из разработанных компанией LPKF полимерных композитных материалов. Благодаря тому, что механические и температурные параметры материалов очень близки к параметрам основообразующего полимера, во многих случаях не требуется даже перенастройки оборудования.

После формовки изделие поступает на лазерную обработку. Селективное структурирование поверхности осуществляется сфокусированным лучом ультрафиолетового лазера. При определенной плотности мощности лазерного излучения происходит селективное испарение полимерного материала основы без разрушения частичек ее наполнителя. Поэтому после обработки поверхность приобретает необходимую степень шероховатости. Одновременно с этим в местах облучения происходит распад металлоорганического комплекса, входящего в состав материала. Образовавшиеся в результате разложения частицы металла остаются на обработанных участках поверхности изделия и служат в качестве центров металлизации при последующей обработке.

Металлизация проводящих дорожек осуществляется стандартными методами химического осаждения меди. Благодаря тому, что центры металлизации возникают только на обработанных лазером участках, а вся оставшаяся поверхность изделия остается химически пассивной, медное покрытие осаждается только в необходимых местах поверхности. Химическим методом легко формируются проводящие дорожки толщиной до 10 мкм. В случае необходимости формирования более толстых дорожек изделие может быть помещено в электролитическую ванну, где толщина покрытия доводится до необходимой величины.